1.3　电感器及其单元电路

1.3.1　电感器的识别

将导线卷绕起来或将导线绕在铁芯（磁芯）上就可得到一个电感元件，它是储能元件，通常简称为电感，也是电子产品中常用的基本电子元件之一。电感器的图形符号如图1-42所示，用字母“L”表示。电感器可分为固定电感器和可调电感器、空心电感器和铁芯电感器等。扼流圈、磁棒线圈和磁环线圈等都是常见的电感器。电感器的外形如图1-43所示。

表1-5所示是电感器电路符号解说。

（1）电感的单位及允许偏差

电感的单位有H、mH、μH，其换算关系为1H=103mH=106H。

μ电感量表示了电感器的电感大小，它与线圈的匝数、有无磁芯等有关。允许偏差表示制造过程中电感量偏差大小，通常有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个等级，代表的允许偏差分别为±5％、±10％和±20％。

（2）电感器的标注法

①直标法：直接在电感器上标出其标称电感量。采用直标法的电感器将标称电感量用数字直接标注在电感器的外壳上，同时用字母表示额定工作电流，再用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示允许偏差参数。

②色标法：采用色标表示标称电感量和允许偏差。它的色标法标注方法如图1-44所示。

色码电感器的读码方式与色标电阻器一样。4个色码中最靠电感器一端的为第一个色码，见图中所示位置，这时靠在最左边的一个是第1位有效数，其次是第2位有效数，第3位为倍乘，最后一位为允许偏差色码。

（3）电感器的特性

电感元件的两个重要特性：①通直流，阻交流；②通电线圈周围产生的磁场有阻碍电流变化的作用，因此流过线圈的电流不会发生突变。

1.3.2　变压器的识别

（1）变压器的种类

变压器种类很多，按照不同方式可分为下列几种，如图1-45所示。

（2）常用变压器的结构

变压器由铁芯、原边绕组、副边绕组、支架和接线端子组成，如图1-46所示。其中与电源连接的绕组就是原边绕组（也叫初级绕组），与负载相接的绕组叫副边绕组（也叫次级绕组）。原边绕组和副边绕组都可以有抽头，副边绕组可根据需要做成多绕组的。

变压器可以看作是由两个或多个电感线圈构成的，它利用电感线圈靠近时的互感原理，将电能信号从一个电路传向另一个电路。

变压器通常有一个外壳，一般是金属外壳，但有些变压器没有外壳，形状也不一定是长方体。变压器引脚有许多，最少3个，多的达10多个，各引脚之间一般不能互换使用。另外，变压器与其他元器件在外形特征上有明显不同，电路板上很容易识别。无论哪种变压器，它们的基本结构和工作原理都是相似的，只是根据不同的工作需要，在一些细节上有所不同，图1-47所示为变压器的结构示意图。

电源变压器是一种常用电子元器件，图1-48所示的变压器有两个绕组，1-2为一次绕组（也称初级线圈），3-4为二次绕组（也称次级线圈），其文字符号是“T”。电路符号中的垂直实线表示变压器有铁芯。但是各种变压器的结构是不同的，所以它的电路符号也有所不同。

表1-6所示为几种变压器的电路符号识图信息。

（3）变压器的主要参数

变压器的主要参数有变比、效率和频率响应等。不同的变压器主要参数的要求不一样。电源变压器的主要参数有额定功率、额定电压和额定电流、空载电流和绝缘电阻。音频变压器的主要参数有阻抗、频率响应和效率。

①变压比：变压器副边绕组的匝数N2与原边绕组的匝数N1之比。它反映了变压器的电压变换作用。变压器的变压比由下式确定：

U2/U1=N2/N1

其中，U2为变压器的副边绕组的电压；U1为变压器原边绕组的电压。

②效率：在额定负载时，变压器的输出功率P2与输入功率P1之比，称为变压器的效率η，即η=P2/P1。

③频率响应：它是音频变压器的一项重要指标。通常要求音频变压器对不同频率的音频信号电压，都能按一定的变压比作不失真的传输。实际上，由于变压器初级电感和漏感及分布电容的影响，不能实现这一点。初级电感越小，低频信号电压失真越大；漏感和分布电容越大，高频信号电压的失真越大。

（4）变压器的工作原理

下面以图1-48所示电路为例来说明，图中，左侧是一次绕组，右侧是二次绕组，一次绕组和二次绕组均绕在铁芯上。变压器只能输入交流电压，从一次绕组输入交流电压，从二次绕组输出交流电压。

当给一次绕组输入交流电压后，一次绕组中有交流电流，一次绕组产生交变磁场，磁场的磁力线绝大多数由铁芯或磁芯构成闭合回路。因二次绕组也绕在铁芯或磁芯上，变化的磁场通过二次绕组，在二次绕组两端产生感应电动势。二次绕组所产生的电压大小与输入电压大小不同（也有相同的情况，如1:1变压器），其频率和变化规律与交流输入电压一样。

综上所述，给变压器的一次绕组输入交流电压，其二次绕组两端输出交流电压，这就是变压器的基本工作原理。

（5）变压器的隔离特性

所谓变压器隔离特性，是一次侧与二次侧回路之间共用参考点可以隔离。隔离特性是变压器的重要特性之一，电源电压器的安全性是由这一特性决定的。

图1-49所示的电路中T1是电源变压器，输入电压加在一次绕组1-2之间。电压器输入端的相线（火线）与零线之间为220V的交流电压，而零线与大地等电位，这样，火线与大地之间存在220V的交流电压。人站在大地上直接接触火线会对人身造成生命危险，必须高度重视。

假如电路中的变压器T1是一个1:1变压器，即给它输入220V交流电压，它的输出电压也是220V（3-4绕组之间的电压）。

二次绕组的任一端（3端或4端）对大地之间的电压为0V，这是因为二次绕组的输出电压不是以大地为参考的，同时一次绕组和二次绕组高度绝缘。这样，人站在大地上只接触变压器T1二次绕组的任一端，没有危及人身安全的危险，但且不可同时接触3、4端（3-4间的电压为220V），而若接触一次绕组的火线端，则会造成触电。这便是变压器的隔离作用。

在许多电子电路中使用220V作为电源，为了保证设备使用过程中使用者的人身安全，需要将220V交流电源进行隔离，同时电源变压器将220V交流电压降低到合适的电压，如图1-50所示。它是具有降压和隔离作用的电源变压器。

（6）变压器的隔直通交特性

变压器同前面提到的电容器一样，也具有隔直流通交流特性。图1-51所示的是变压器隔直通交特性示意图。

①隔直流特性：给变压器一次绕组加上直流电时，一次绕组中有直流电流通过，由于一次绕组产生的磁场大小和方向均不变，这时二次绕组不能产生感应电动势，因此二次绕组两端无输出电压，如图1-51（a）所示。

由此可知，变压器不能将一次绕组中的直流电耦合到二次绕组中，所以变压器具有隔直流特性。

②通交流特性：变压器一次绕组中流过交流电流时，二次绕组两端有交流电压输出，所以变压器能够使交流电通过，具有通交流特性，如图1-51（b）所示。利用变压器的隔直流通交流特性可构成耦合电路，即变压器耦合电路。

图1-52所示的是变压器耦合电路示意图。这一电路正是利用了变压器的隔直流通交流特性，将放大三极管VT1与后面电路的直流隔开，同时耦合变压器二次侧输出经VT1放大后的信号。

1.3.3　电感器单元电路

（1）电感器串联电路

图1-53所示电路为两个电感器相串联的电路，由电感的伏安特性和基尔霍夫电压定律（KVL）可知，两个相串联电感器的等效电感等于这两个电感之和，即L=L1+L2。两个相串联电感器上的电压与其电感量成正比，电感量越大，分压越大。

以上结论可推广到如图1-54所示的n个电感器相串联时的情况。

（2）电感器的并联电路

图1-55所示电路为两个电感器相并联的电路，由电感的伏安特性和基尔霍夫电流定律（KCL）可知，两电感的等效电感的倒数等于这两个电感的倒数之和，即L=。

流过两个并联电感器上的电流与电感量成反比，电感量越大，分得的电流越小。

以上结论可推广到如图1-56所示的n个电感相并联时的情况。

（3）电感滤波电路

电源电路中的滤波电路接在整流电路之后，用来去掉整流电路输出电压中的交流成分，电感滤波电路是用电感器构成的一种滤波电路，其滤波效果相当好。

如图1-57所示电路是π型LC滤波电路。电路中，C1和C2是滤波电容，L是滤波电感。关于π型LC滤波电路的工作原理将在后续章节进行详细介绍。

（4）电感储能电路

电感储能电路主要应用在DC-DC转换电路中，充分利用电感的储能作用进行直流电压的升、降压调整。

电感储能电路是通过一个电子开关（二极管或三极管）在电感中先储存电荷，然后释放电荷来完成的。电感充电和放电按照4个步骤来完成，如图1-58所示。

1.3.4　变压器单元电路

（1）电压变换

由于电网电压是220V的交流电，一些用电器通常不能工作在这么高的电压下，因此需要将电压降压后才能为用电器供电。

电视机、收录机、功放机等电子产品，都使用了电源电压器，其目的是实现变压，将220V交流电转换成低压交流电，再由整流、滤波及稳压电路将低压交流电转换成所需的直流电。图1-59（a）所示电路中的变压器将220V交流电变换为12V交流电，图1-59（b）中变压器将220V交流电变换为双17V交流电。

变压器除了可以将电压降低供用电器使用外，也可以将电压升高来满足不同的电路需要。由于变压器通常是用来降压的，因此用来升压的变压器通常又被称为逆变变压器，用来将电压升高的电路称为逆变电路。

（2）脉冲变压

在电视机开关电源中，广泛使用脉冲变压器来对脉冲电压进行变压，力求获得各种幅度不同的脉冲电压。图1-60所示电路是一个开关电源示意图，开关管工作在开关状态，使开关变压器初级线圈L1上产生脉冲电压，这些脉冲电压经变压后，分别在次级绕组L2、L3、L4上得到幅度不同的脉冲电压输出。

（3）电流变换

在这里专门提出变流的概念，是针对负载对电流的需求而言的。例如，电视机的行激励电路属高压、小电流输出方式，而行输出电路属低电压、大电流输入方式。为了使行激励电路输出的电流能满足行输出电路的要求，通常在行激励电路和行输出电路之间使用变压器来传输脉冲，如图1-61所示。图中，T为行激励变压器，它实际上是降压变压器，能将高电压、小电流转化为低电压、大电流。

（4）阻抗变换

上面讲过变压器能起变换电压和变换电流的作用。此外，它还有变换负载阻抗的作用，以实现“匹配”。

阻抗变换广泛应用于扩音机中。众所周知，扩音机的最终负载是扬声器，扬声器的负载往往很小（4Ω、8Ω或16Ω），若直接将其接在输出放大器上，往往会使扬声器所获得的功率很小，为此采用变压器来进行阻抗变换，以提高输出效率。

在图1-62中，负载阻抗模|Z|接在变压器二次侧，而图中的点画线框部分可以用一个阻抗模|Z'|来等效代替。所谓等效，就是输入电路的电压、电流和功率不变。也就是说，直接接在电源上的阻抗模|Z'|和接在变压器二次侧的负载阻抗模|Z|是等效的。两者的关系是：

（5）信号耦合

图1-63所示电路是调幅收音机的中频电路，T为中频变压器，用来耦合信号，T的初级与C1构成选频电路，将465kHz的中频信号选择出来，并耦合到次级，再由次级送至VT2的基极，由于T的存在，VT1和VT2的工作点彼此独立，互不影响。